半导体晶片及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种半导体晶片，其在研磨时于外周形成有塌边，其特征在于，在前述半导体晶片的中心与外周塌边开始位置之间，前述半导体晶片的厚度方向的位移量是100nm以下，且前述半导体晶片的中心是凸出的形状，前述半导体晶片的外周塌边量是100nm以下，并且，前述外周塌边开始位置，是从前述半导体晶片的外周端往中心侧20mm以上的位置、或比作为ESFQR的测定对象的前述半导体晶片的外周部更靠近中心侧的位置。本发明的目的在于由此提供一种半导体晶片及其制造方法，该半导体晶片在相同的加工条件下，能够同时满足SFQR、ESFQR、ZDD、ROA、GBIR、SBIR等二种以上的平坦度指标。
【专利说明】半导体晶片及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体晶片及其制造方法，该半导体晶片满足ニ种以上的平坦度參数。
【背景技术】
[0002]近年来，随着微细化发展，也要求直到半导体晶片外周为止都是平坦的晶片(wafer)形状，除了目前为止作为平坦度评估指标的GBIR(GlobalBacksurf ace-referenced Ideal plane/Range,整体背面-基准理想平面 /范围)、SFQR(Site Frontsurface referenced least sQuares/Range,部位正面基准最小ニ乘 /范围)、SBIR(Site Backsurf ace-referenced Ideal plane/Range,部位背面-基准理想平面/范围)等，也开始使用以下新的指标:评估半导体晶片外周部的平坦度的ROAOtollOff Amount,塌边量，也称为边缘塌边量(Edge Roll Off Amount))、ESFQR(Edge SiteFrontsurface referenced least sQuares/Range,边缘部位正面基准最小ニ乘 / 范围)；评估曲率变化的ZDD (Z-Height Double Differentiation, Z高度双重微分)。
[0003]经研磨后的半导体晶片外周部,其磨削量会因与研磨布接触而增加，而就研磨后的形状来说，会发生外周塌边。通常，ROA和ESFQR是使用距半导体晶片外周端Imm的点为止的资料来计算，SFQR和SBIR是使用距半导体晶片外周端2mm的点为止的资料来计算。因此，ROA和ESFQR，相较于SFQR和SBIR，会更强烈地受到外周塌边的影响。又，半导体晶片的厚度，在距晶片外周端0.5?Imm之间大幅变化，将来，如果ROA和ESFQR的外周排除区域比Imm更小，就会更强烈地受到外周塌边的影响。以下,个别说明SEMI (SemiconductorEquipment and Materials International,国际半导体设备材料产业协会)规格所示的平坦度指标。
[0004]GBIR是背面基准的整体平坦度指标，用于评估关于排除周缘部来划定的整个晶片表面的平坦性。GBIR是定义为:以半导体晶片的背面为基准面时，半导体晶片的表面相对于这个基准面的最大、最小的厚度偏差的范围。
[0005]SFQR是表面基准的部位平坦度指标，对每个部位个别进行评估。SFQR是定义为:先在半导体晶片表面上决定任意尺寸(例如26_X8mm)的单元,当针对这个单元表面根据最小ニ乘法(least square method)来求出的面为基准面时,从这个基准面算起的正向及负向的偏差的范围。又，SFQR最大值(SFQRmax)的值是表示所提供的晶片上的各部位中的SFQR的最大值。
[0006]SBIR是背面基准的部位平坦度指标。SBIR是当以半导体晶片的背面为基准面吋，半导体晶片表面上的任意尺寸(例如26mmX8mm)的単元相对于这个基准面的厚度偏差，SBIR最大值(SBIRmax)是表示各部位中的SBIR的最大值。SFQR及SBIR，是有关晶片表面上的特定単元的平坦性的评估，且针对与所制作的半导体零件的区域大致相当的尺寸的单元进行。
[0007]參照图13来说明ROA的定义。图13中，横轴是表示从半导体晶片的外周端算起的距离，纵轴是表示晶片表面的形状的位移量。一般来说，所谓ROA，是在将半导体晶片背面校正为平面的状态下，修正半导体晶片表面的斜率(傾斜度)后，以距半导体晶片外周端3~6mm的平坦的区域(图13中的!T1~r2间)为基准面,表不距外周端0.5mm和Imm(在图13中，以&来表示从半导体晶片外周端算起的距离)处的从上述基准面算起的形状位移量的变化d来作为塌边量。比^更靠近外周端的ー侧，也称为外周排除区域(也称为周边部排除区域，是指平坦度规格的适用范围外的部位的从晶片外周端算起的距离)。[0008]參照图14来说明ZDD的定义。在图14中，横轴是表示从半导体晶片的外周端算起的距离，纵轴是表示晶片表面的形状的位移量。一般来说，所谓ZDD，是半导体晶片相对于半导体晶片半径的表面位移量的二阶微分的意思。当ZDD是正值时，表示表面往翘起的方向位移(变位)，相反地，当ZDD是负值时，表示表面往塌边方向位移。
[0009]又，ESFQR是在边缘(外周部)的上述SFQR，表示外周部的平坦度的平坦度指标。參照图15来说明ESFQR的单元的决定方式。图15(a)是表示半导体晶片的顶面图,表示了其外周部分割成72个矩形区域(単元)的位置。图15(b)是表示该矩形区域的其中ー个的放大图，如图15(b)中所示，矩形区域被从外周端往直径方向延伸的35mm的直线L2、及与半导体晶片外周部的圆周方向5°相当的弧L1所包围，不包含从外周端往直径方向延伸1_的L3的区域。此处，所谓ESFQR，是指这个矩形区域(単元)的SFQR值(从区域内最小二乘平面往正向及负向的偏差的范围)。ESFQR的情形，是以L3所示的外周端侧作为外周排除区域。
[0010]现有技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献1:日本特开平8-257893号公报
【发明内容】
[0013][发明所要解决的课题]
[0014]前述外周塌边，是因为研磨压カ因研磨布变形而増加，使晶片的外周部位受到过度研磨而不形成平面，因而具有圆度、曲率的部位。已知为了降低如上所述的研磨布变形的影响的目的，而使用一种具有保持器(retainer)机构的研磨头(专利文献I)。但是，为了减少晶片表面的伤痕，目前是使用柔软的研磨布，但是难以抑制研磨布变形，而在原理上，外周塌边的改善有其极限。
[0015]另一方面,有表面基准(Frontside)的平坦度规格与背面基准(Backside)的平坦度规格，而难以在相同的制造条件下同时满足这种基准面不同的两种指标。因此，需要制造条件变更的程序更换，而有生产性会因此降低的问题。
[0016]并且，即便是相同的表面基准，ESFQR等的值也会因外周排除区域不同而改变，所以也有产率会因此降低的问题。为了解决如上所述的问题，而采用了以下手法，例如:为了改善ESFQR的目的，而以使外周部稍微翘起的方式进行研磨，来降低从外周区域内的最小二乘平面(least square plane)算起的最大位移量。但是，这样也无法改善晶片的最外周部的塌边，且会随着形状变化而产生反曲点，该形状变化是从根据以使其翘起的方式来进行研磨所形成的形状，变化为塌边。結果，虽然适合改善晶片的厚度的变化量比较大的至EE (Edge Exclusion,外周排除区域)Imm为止的ROA和ESFQR的值，但是不适合改善EE属于主流的2mm的SFQR和ZDD，而难以同时满足ニ种以上的平坦度指标。
[0017]本发明是为了解决上述问题而研创出来，目的在于提供一种半导体晶片及其制造方法，该半导体晶片在相同的加工条件下，能够同时满足SFQR、ESFQR、ZDD、ROA、GBIR、SBIR等ニ种以上的平坦度指标。
[0018][解决课题的方法]
[0019]为了解决上述问题，本发明提供一种半导体晶片，其在研磨时于外周形成有塌边，其特征在于:
[0020]在前述半导体晶片的中心与外周塌边开始位置之间，前述半导体晶片的厚度方向的位移量是IOOnm以下，且前述半导体晶片的中心是凸出的形状，
[0021]前述半导体晶片的外周塌边量是IOOnm以下，并且，
[0022]前述外周塌边开始位置，是从前述半导体晶片的外周端往中心侧20mm以上的位置、或比作为ESFQR的测定对象的前述半导体晶片的外周部更靠近中心侧的位置。
[0023]如果是如上所述的半导体晶片的形状，在外周排除区域不同的SFQR、ESFQR、ROA等ニ种以上的平坦度指标中，就能够将从基准面算起的偏差同时减少至最小，并且根据将半导体晶片的中心是凸出的形状(以下也称为中心凸出形状)、与外周塌边形状组合，也能够同时抑制外周部所产生的曲率变化。并且，制作成如上所述的形状的半导体晶片，不只表面基准，也能够同时满足背面基准的平坦度指标(GBIR、SBIR等)、及如ZDD这样的曲率的评估指标。由此，能够在相同的研磨条件下对应于所有的顾客要求，且能够满足多种顾客要求。又，因为能够在相同的加工条件下进行对应，所以能够提高半导体晶片的生产性和产率。
[0024]又,优选前述外周塌边量为70nm以下。
[0025]由此，能够制作成一种半导体晶片，其更加改善SFQR、ESFQR、ZDD、ROA、GBIR、SBIR等平坦度指标。
[0026]并且，本发明提供一种半导体晶片的制造方法，其在将单晶棒切片制作成半导体晶片，且将该半导体晶片予以去角，并使其平坦化后，包括将前述半导体晶片进行研磨的研磨エ序，所述半导体晶片的制造方法的特征在于:
[0027]在前述研磨エ序中，以使在前述半导体晶片的中心与外周塌边开始位置之间，前述半导体晶片的厚度方向的位移量成为IOOnm以下，且前述半导体晶片的中心成为凸出的形状的方式，将前述半导体晶片进行双面研磨，
[0028]然后，以使前述半导体晶片的外周塌边量成为IOOnm以下的方式，并且，以使前述外周塌边开始位置，成为从前述半导体晶片的外周端往中心侧20mm以上的位置、或比作为ESFQR的测定对象的前述半导体晶片的外周部更靠近中心侧的位置的方式，将前述半导体晶片的单面进行化学机械研磨。
[0029]根据如上所述地双面研磨半导体晶片，就能够容易制作一种半导体晶片，其在半导体晶片的中心与外周塌边开始位置之间，半导体晶片的厚度方向的位移量是IOOnm以下，且半导体晶片的中心成为凸出的形状。并且，将半导体晶片的单面进行化学机械研磨，就能够容易制作一种半导体晶片，其外周塌边量成为IOOnm以下，并且，外周塌边开始位置，成为从半导体晶片的外周端往中心侧20mm以上的位置、或比作为ESFQR的测定对象的半导体晶片的外周部更靠近中心侧的位置。[0030]又，在前述研磨エ序中，优选是以使外周塌边量成为70nm以下的方式，将半导体晶片进行研磨。
[0031]由此，能够制造一种半导体晶片，其更加改善SFQR、ESFQR、ZDD、ROA、GBIR、SBIR等
平坦度指标。
[0032]并且，在进行前述化学机械研磨中，优选是使用阿斯卡C (Asker-C)硬度(使用依据JIS K6301的弹簧式硬度测试机C型而测得的硬度)是60以上的无纺布系的研磨布、或邵氏D (Shore-D)硬度(使用依据JIS Z2246的反弹式硬度测试机D型而测得的硬度)是55以上的聚氨酯(polyurethane)系的研磨布,将前述半导体晶片进行研磨。
[0033]化学机械研磨的塌边量，虽然也会因研磨条件而变化，但是因为与研磨布的变形量相关的程度大，所以只要选择如上所述的硬度比较硬的研磨布，就能够根据调整研磨条件来获得期望的塌边量。又，能够更加容易制作一种半导体晶片，其外周塌边量成为IOOnm以下，并且，外周塌边开始位置，成为从半导体晶片的外周端往中心侧20mm以上的位置、或比作为ESFQR的测定对象的半导体晶片的外周部更靠近中心侧的位置。
[0034][发明的效果]
[0035]如果是本发明的半导体晶片的形状，在外周排除区域不同的SFQR、ESFQR、ROA等二种以上的平坦度指标中，就能够将从基准面算起的偏差同时减少至最小，并且根据将中心凸出形状与外周塌边形状组合，也能够同时抑制外周部所产生的曲率变化。并且，制作成如上所述的形状的半导体晶片，不只表面基准，也能够同时满足背面基准的平坦度指标(GBIR、SBIR等)、及像ZDD这样的曲率的评估指标。由此，能够在相同的研磨条件下对应于所有的顾客要求，且能够满足多种顾客要求。又，因为能够在相同的加工条件下进行对应，所以能够提闻半导体晶片的生广性和广率。 【专利附图】
【附图说明】
[0036]图1(a)是本发明的半导体晶片的概略剖面图；图1(b)是半导体晶片的外周部的概略放大剖面图。
[0037]图2(a)是表示先前的硅晶片的剖面形状的第一方案的图；图2(b)是表示该硅晶片的外周部的剖面形状与SFQR、ESFQR的基准线的图。
[0038]图3(a)是表示先前的硅晶片的剖面形状的第二方案的图；图3(b)是表示该硅晶片的外周部的剖面形状与SFQR、ESFQR的基准线的图。
[0039]图4(a)是表示先前的硅晶片的剖面形状的第三方案的图；图4(b)是表示该硅晶片的外周部的剖面形状与SFQR、ESFQR的基准线的图。
[0040]图5(a)是表示中心凹陷形状(?)、平坦形状(〇)、及中心凸出形状(A)的硅晶片的剖面形状的图；图5(13)是表示中心凹陷形状的硅晶片的外周部的剖面形状与SFQR、ESFQR的基准线的图；图5(0)是表示平坦形状的硅晶片的外周部的剖面形状与SFQR、ESFQR的基准线的图；图5(d)是表示中心凸出形状的硅晶片的外周部的剖面形状与SFQR、ESFQR的基准线的图。
[0041]图6 (a)是表示将从中心至外周为止的形状变化量设为200nm的中心凸出形状，且当将由塌边所造成的形状变化开始的位置(外周塌边开始位置)设为距外周端5mm(距中心145mm)的位置时(?)、当设为距外周端10mm(距中心140mm)的位置时(〇)、及当从中心至外周为止以相同曲率来变化时(A)的硅晶片的剖面形状的图；图6(13)是表示?所示的硅晶片的外周部的剖面形状与SFQR、ESFQR的基准线的图；图6(c)是表示〇所示的硅晶片的外周部的剖面形状与SFQR、ESFQR的基准线的图；图6(d)是表示A所示的硅晶片的外周部的剖面形状与SFQR、ESFQR的基准线的图。
[0042]图7(a)是表示将从中心至外周为止的形状变化量设为300nm的中心凸出形状(外周IOmm的位置比中心更薄IOOnm)，且当将形状变化开始的位置(外周塌边开始位置)设为距外周端IOmm(距中心140mm)的位置时(〇)、当相对于〇所示的晶片形状将塌边量设为一半的200nm时(?)、当相对于〇所示的晶片形状将外周塌边开始位置设为距外周端20mm(距中心130mm)的位置时(A)的硅晶片的剖面形状的图；图7(b)是表示〇所示的硅晶片的外周部的剖面形状与SFQR、ESFQR的基准线的图；图7(c)是表示?所示的硅晶片的外周部的剖面形状与SFQR、ESFQR的基准线的图；图7(d)是表示A所示的硅晶片的外周部的剖面形状与SFQR、ESFQR的基准线的图。
[0043]图8 (a)是表示外周塌边开始位置及塌边量与SFQR的相关关系的图；图8 (b)是表示外周塌边开始位置及塌边量与ESFQR的相关关系的图。
[0044]图9 (a)是表示根据实施例1与比较例I所制得的硅晶片的SFQR最大值(SFQRmax)的图；图9(b)是表示根据实施例1与比较例I所制得的硅晶片的ESFQR平均值(ESFQRave)的图；图9(c)是表示根据实施例1与比较例I所制得的硅晶片的GBIR的图。
[0045]图10(a)是表示根据实施例1与比较例I所制得的硅晶片的SBIR最大值(SBIRmax)的图；图10(b)是表示根据实施例1与比较例I所制得的硅晶片的ZDD的图；图10(c)是表示根据实施例1与比较例I所制得的硅晶片的ROA的图。
[0046]图11(a)是表示根据实施例2与比较例I所制得的硅晶片的SFQR最大值(SFQRmax)的图；图11(b)是表示根据实施例2与比较例I所制得的硅晶片的ESFQR平均值(ESFQRave)的图；图11 (c)是表示根据实施例2与比较例I所制得的硅晶片的GBIR的图。
[0047]图12(a)是表示根据实施例2与比较例I所制得的硅晶片的SBIR最大值(SBIRmax)的图；图12(b)是表示根据实施例2与比较例I所制得的硅晶片的ZDD的图；图12(c)是表示根据实施例2与比较例I所制得的硅晶片的ROA的图。
[0048]图13是用以说明半导体晶片中的ROA的剖面图。
[0049]图14是用以说明半导体晶片中的ZDD的剖面图。
[0050]图15是用以说明半导体晶片中的ESFQR的俯视图。
【具体实施方式】
[0051]以下，更详细说明本发明，但是本发明并不受以下所限定。本发明适用于半导体晶片是硅晶片的情形，并且特别适用于直径是300mm以上的硅晶片，以下，以半导体晶片是硅晶片(娃片，silicon wafer)的情形为中心来说明。不过，本发明不限于这些情形，也能够适用于硅晶片以外的半导体晶片。
[0052][先前的硅晶片的形状与SFQR及ESFQR的关系]
[0053]图2~图4例示直径是300mm的先前的硅晶片的剖面形状的第一~第三方案。在图2(a)、图3(a)及图4(a)中，表示ー种硅晶片，其是为了抑制塌边而被研磨成外周翘起的形状(以下也称为翅膀形状(机翼形状))。所谓翅膀形状，是指例如:像图3(幻中H所示的形状。此处，如图2~图4所示，翅膀依图2、图3、图4的顺序而变大。在图2(b)、图3(b)及图4(b)中，表示硅晶片的外周部的剖面形状、SFQR的基准线(虚线)、及ESFQR的基准线(实线)。原本，SFQR和ESFQR是根据単元尺寸的基准面来计算，此处，为了使由硅晶片的剖面形状对SFQR和ESFQR所造成的影响更容易了解，而使用以最小二乗法来从硅晶片的剖面形状的资料所求出的基准线，计算假设的SFQR、ESFQR0
[0054]此处，将SFQR的外周排除区域设为距晶片外周端2mm，将单元尺寸假想为26mmX 8mm，并根据最小二乗法来获得基准线(虚线)。同样地，将ESFQR的外周排除区域设为距晶片外周端Imm,将作为测定对象的短径区域假想为距晶片外周端Imm~35mm、5度，并根据最小二乗法来获得基准线(实线)。以使SFQR与ESFQR的差异更容易显现的方式，以SFQR的基准线(虚线)是8mm的长度、ESFQR的基准线(实线)是35mm的长度来进行计算。
[0055]结果是如表1所示。图2及图3所示的硅晶片的SFQR都大约是40nm且是相同程度，距外周端2mm(距中心148mm)的位置与距外周端Imm(距中心149mm)的位置的位移量(ROA)也都大约是130nm且是相同程度。但是，外周更加翘起的图3的硅晶片，ESFQR比图2的硅晶片更良好30nm左右。因此可知，为了改善ESFQR，以像图3(b)这样使外周部些许成为翅膀形状的方式的研磨是有效的。并且可知，为了改善ESFQR而使外周部最大幅度翘起的图4的硅晶片，虽然ESFQR改善，但是受到从翅膀形状变成塌边的反曲点的影响，SFQR几乎没有改善。也就是说，以翘起的方式研磨的先前的晶片的制造方法，难以对应于今后更加严苛的平坦度要求。特别是，当要求同时改善SFQR与ESFQR时，会难以响应要求。
[0056]表1
[0057]
【权利要求】
1.一种半导体晶片，其在研磨时在外周形成有塌边，其特征在干， 在前述半导体晶片的中心与外周塌边开始位置之间，前述半导体晶片的厚度方向的位移量是IOOnm以下，且前述半导体晶片的中心是凸出的形状， 前述半导体晶片的外周塌边量是IOOnm以下，并且， 前述外周塌边开始位置，是从前述半导体晶片的外周端往中心侧20mm以上的位置、或比作为ESFQR的测定对象的前述半导体晶片的外周部更靠近中心侧的位置。
2.如权利要求1所述的半导体晶片，其中，前述外周塌边量是70nm以下。
3.一种半导体晶片的制造方法，其在将单晶棒切片制作成半导体晶片，且将该半导体晶片予以去角，并使该半导体晶片平坦化后，包括将前述半导体晶片进行研磨的研磨エ序，其特征在干， 在前述研磨エ序中，以使在前述半导体晶片的中心与外周塌边开始位置之间，前述半导体晶片的厚度方向的位移量成为IOOnm以下，且前述半导体晶片的中心成为凸出的形状的方式，将前述半导体晶片进行双面研磨， 然后，以使前述半导体晶片的外周塌边量成为IOOnm以下的方式，并且，以使前述外周塌边开始位置，成为从前述半导体晶片的外周端往中心侧20mm以上的位置、或比作为ESFQR的测定对象的前述半导体晶片的外周部更靠近中心侧的位置的方式，将前述半导体晶片的单面进行化学机械研磨。
4.如权利要求3所述的半导体晶片的制造方法，其中，在前述研磨エ序中，以使前述外周塌边量成为70nm以下的方式，将前述半导体晶片进行研磨。
5.如权利要求3或4所述的半导体晶片的制造方法，其中，在前述化学机械研磨中，使用阿斯卡C硬度是60以上的无纺布系的研磨布、或邵氏D硬度是55以上的聚氨酯系的研磨布，将前述半导体晶片进行研磨。
【文档编号】H01L21/304GK103493184SQ201280020389
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年4月3日 优先权日:2011年4月26日
【发明者】佐藤三千登 申请人:信越半导体股份有限公司